Hloubka ostrosti tajemství zbavená - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

Clona

Clona

9. prosince 2004, 00.00 | Hloubka ostrosti (Depth of Field, DOF) je základním prvkem, který musí mít fotograf pod kontrolou. Malá hloubka ostrosti slouží k oddělení hlavního objektu od pozadí, zatímco velká hloubka ostrosti slouží k ostrému prokreslení celé scény (např. krajinářská fotografie). Ten kdo zvládne řízení hloubky ostrosti, tak zvedne kvalitu svých fotografií o 2 řády.

Definice hloubky ostrosti
Obvykle se hloubka ostrosti definuje takto:

"Hloubka ostrosti je rozsah vzdáleností, uvnitř kterých jsou objekty přijatelně ostré".

Vzdáleností se u většiny fotoaparátů rozumí vzdálenost od senzoru (filmu) k objektu. Uvedená definice ale vede často k nedorozuměním, protože nezohledňuje některé podstatné prvky. Definujme tedy přesněji:

"Hloubka ostrosti je rozsah vzdáleností, uvnitř kterých jsou objekty při vytištění na fotopapír určité konkrétní velikosti přijatelně ostré."

Z této již přesnější definice vyplývají některá důležitá fakta:

• Hloubka ostrosti není žádný technický parametr objektivu ani fotoaparátu a nemá žádné ostré hranice (neexistuje žádná zóna ostrosti a zóna neostrosti). Je to jenom dohoda mezi lidmi, co se ještě považuje za ostré!
• Z technického pohledu jsou "dokonale ostré" jen objekty v jedné jediné vzdálenosti od filmu (rovina zaostření). Sebemenší odchýlení (byť i o 1 cm) od této vzdálenosti způsobí rozostření.
• Čím je objekt blíž nebo dál vzhledem k rovině zaostření, jeho rozostření stoupá.
• Hloubka ostrosti je subjektivní rozsah, kde se nám zdají objekty ostré pozorujeme-li fotografii určité velikosti. Hloubka ostrosti je tedy relativní a je vždy vztažena k velikosti fotky! Hloubka ostrosti na fotografii velikosti billboardu bude tedy výrazně menší než na pohlednici!

Kruh rozostření (Circle of confusion)
Je-li objektiv ideálně zaostřen, tak bodový zdroj světla umístěný v rovině zaostření se na senzor bude promítat opět jako bod.

Není-li ale objektiv ideálně zaostřen (respektive je zaostřen ale mimo rovinu senzoru), bodový zdroj světla se nebude promítat jako bod ale jako kruh. Čím větší bude průměr tohoto kruhu, tím více bude objektiv rozostřen. Kruhem rozostření se myslí maximální možné rozostření na filmu nebo senzoru, které po zvětšení na fotopapír formátu A4 vede na 0,25mm. Proč 0,25mm? To je totiž rozlišovací schopnost oka.

Je třeba si uvědomit jednu velmi důležitou skutečnost: Čím menší je senzor, tím více se obraz musí zvětšovat na formát A4 a tím povolený kruh rozostření (měří se na senzoru) klesá. Zvětšováním z malého senzoru se totiž zvětšuje i rozostření. Kruh rozostření tedy závisí na velikosti senzoru - jinými slovy - malé senzory mají menší hloubku ostrosti.

Úplná definice hloubky ostrosti
Výrobci fotoaparátů a objektivů se dohodli, že hloubku ostrosti budou udávat pro následující podmínky:

• fotografie velikosti 8 x 12 palců = cca 20 x 30 cm (zhruba A4)
• pozorovací vzdálenost 38 cm
• rozlišovací schopnost oka 0,25mm

Jinak řečeno - pokud vyfotíme ideální bod, uděláme jeho fotografii o velikosti A4 a budeme jí normálně pozorovat (ze vzdálenosti 38 cm), rozostření ideálního bodu na kruh o průměru do 0,25mm budeme ignorovat (neuvidíme ho) a budeme ho tedy považovat za ostrý. Větší rozostření již ale nedovolíme, protože ho již naše oko odhalí.

Malé (a naštěstí jednoduché) cvičení s kruhem rozostření
Vezmeme-li kinofilm 24x36mm a budeme-li z něj chtít udělat fotku A4 (cca 200x300mm), musíme ho zvětšit asi 8,5x. Taktéž 8,5x ale zvětšujeme rozostření. Chceme-li, aby na fotce A4 bylo rozostření právě 0,25mm (rozlišovací schopnost oka), kruh rozostření na kinofilmu může maximálně být:

0,25 / 8,5 = 0,0295mm ≈ 0,03 mm

Senzory digitálních fotoaparátů ale bývají většinou menší než kinofilm. Proto se fotka musí na formát A4 více zvětšovat a tím klesá povolená velikost kruhu rozostření. Se zmenšujícím se senzorem tedy hloubka ostrosti klesá. V tabulce níže jsou uvedeny někteří zástupci digitálních fotoaparátů, velikosti jejich senzorů a tím povolené maximální rozostření na senzoru (kruh rozostření) jako limit pro hloubku ostrosti:

Poznámky k tabulce:

• Nepsaný celosvětový standard pro stupnice hloubky ostrosti na objektivech vychází z kruhu rozostření 0,03mm pro 35 mm film
• Kruh rozostření nemá žádný fyzikální význam, je to jen dohoda mezi lidmi
• Kruh rozostření je vztažen ke "standardním pozorovacím podmínkám" (velikost cca A4, vzdálenost 38 cm). Pokud hodnotíte poštovní známku nebo billboard, je třeba udělal zcela odlišné kalkulace hloubky ostrosti.
• Poměr kruhu rozostření u 35mm fotoaparátu a digitálního fotoaparátu s menším senzorem je stejný jako poměr úhlopříčky filmu a senzoru - tedy stejný jako koeficient jakým se násobí ohniskové vzdálenosti objektivů
• Kruh rozostření nebere v úvahu vady objektivů jako třeba aberaci a difrakci a dále nerovnosti a zrnitost filmu (digitály naštěstí tento neduh nemají). Proto je reálná hloubka ostrosti vždy o něco nižší.

Absolutní kontra relativní hloubka ostrosti
Když nasadíte nějaký objektiv na libovolný fotoaparát tak tento objektiv "neví" (a je mu to jedno), jak velkou z jeho zobrazení uděláte následně tištěnou fotografii. Absolutní hloubkou ostrosti se tedy myslí maximální rozostření (maximální průměr kruhu rozostření), které povolíte na senzoru bez ohledu na následné zvětšování. V praxi má ale větší význam tzv. relativní hloubka ostrosti, která bere v úvahu i následné zvětšování na výslednou fotografii a vztahuje se tedy relativně k velikosti výsledné zvětšeniny. V tomto článku se výhradně zmiňujeme o relativní hloubce ostrosti.

Co ovlivňuje hloubku ostrosti
Hloubku ostrosti ovlivňují 3 faktory - nastavená clona, vzdálenost k objektu a použitá ohnisková vzdálenost objektivu (f).

Clona
Clona je jediným prvkem, který ovlivňuje hloubku ostrosti a neovlivňuje přitom kompozici obrazu. Snížení clonového čísla (otevření clony) snižuje hloubku ostrosti zatímco zvýšení clonového čísla (zavření clony) hloubku ostrosti zvyšuje. Při fotografování blízkých předmětů zhruba platí, že zvýšení clonového čísla o 2 EV zdvojnásobí hloubku ostrosti a naopak.

Příklad:
Má-li objektiv rozsah clonových čísel 2,8 až 16 je hloubka ostrosti při cloně f/2,8 minimální a při cloně f/16 maximální. Při fotografování blízkých předmětů zvýšení clony z f/2,8 na f/5,6 (změna o 2 EV) zdvojnásobí hloubku ostrosti.

Proč clona ovlivňuje hloubku ostrosti vysvětluje obrázek výše. Při vyšším clonovém čísle (zavřené cloně) prochází paprsky objektivem více "rovnoběžně" a proto stejná odchylka od roviny zaostření nezpůsobí v rovině filmu tak velké rozostření.

Vzdálenost k objektu
Čím jdete k objektu blíže, tím se objekt v hledáčku jeví větší (stoupá jeho zvětšení) a tím klesá hloubka ostrosti. Pro velmi vzdálené objekty (v nekonečnu) je tedy hloubka ostrosti největší, zatímco v makrofotografii je naopak nejmenší.

Ohnisková vzdálenost (zoom)
Čím objekt zoomem více přiblížíte (zvětšíte), tím je hloubka ostrosti nižší. Z toho logicky vyplývá, že širokoúhlé objektivy mají obecně velkou hloubku ostrosti, zatímco teleobjektivy mají malou hloubku ostrosti. Proto i nároky na ostřící systémy (přesnost, rychlost atp.) u teleobjektivů prudce stoupají.

Matematické vyjádření hloubky ostrosti (jen pro masochisty)
Plné matematické vyjádření hloubky ostrosti pro kterýkoliv objektiv je (převzato z dpFWIW):

Hloubka ostrosti (vzdálený nebo blízký limit) = c * N * (1+ M / p) / (M² * (1 ± (N * c) / (f *M))

kde:

c = kruh rozostření
N = clonové číslo (např. 2,8)
M = zvětšení (kde M = d / s nebo M = f / (s - f), viz obrázek výše)
f = aktuální ohnisková vzdálenost
p = normálně 1, jen pro širokoúhlé objektivy > 1

Hyperfokální vzdálenost
Při fotografování krajin či architektury se často požaduje, aby na fotce bylo vše ostré, tj. hloubka ostrosti byla maximální. V takovém případě se volí vysoké clonové číslo (např. f/22) a zaostřuje se na tzv. hyperfokální vzdálenost - nikoliv na nekonečno! Jde o to, že zaostříte-li při f/22 na nekonečno, je hloubka ostrosti např. od 10m do nekonečna. Zaostříte-li ale na 13m, je hloubka ostrosti též do nekonečna ale už od třeba 3m! Zjištění hyperfokální vzdálenosti pro konkrétní objektiv je možné provést pomocí vzorce níže nebo ho zjistit z grafu či tabulky například zde www.dofmaster.com.

H = f² / N / c

kde:

H = hyperfokální vzdálenost v mm
f = ohnisková vzdálenost použitého objektivu v mm
N = clonové číslo (např. 2,8)
c = kruh rozostření v mm (DSLR mají c = 0,02; 35mm film má c = 0,03)

Kalkulátory hloubky ostrosti (DOF calculators)
V praxi většinou stačí hloubku ostrosti na základě zkušeností odhadovat. Může se ale vyskytnout fotografické zadání, kde hloubka ostrosti hraje skutečně důležitou roli. Potom nezbude nic jiného, než jí exaktně počítat. K tomu slouží různé programy typu "Kalkulátory hloubky ostrosti". Najdete je česky jako webový skript například zde Český kalkulátor hloubky ostrosti. Program pod Windows společně s programem na výpočet hyperfokální vzdálenosti a grafy můžete nalézt zde www.dofmaster.com - program je zdarma ale anglicky.

Praktické závěry pro digitální fotoaparáty
Ponechme stranou únavnou matematiku a podívejme se na praktické závěry pro digitální zrcadlovky (DSLR) s přepočítacím koeficientem K (např. pro Canon EOS 10D/20D/300D je K=1,6; pro Nikon D70/D100 je K=1,5 atd.). Jak přepočítací koeficient K ovlivňuje hloubku ostrosti?